CN114477838B - 一种应用于混凝土的裂缝自修复材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于混凝土的裂缝自修复材料，包括如下组分：芯材：其包括膨润土、氧化钙，所述膨润土与氧化钙的质量比为1‑2.5:1；壁材：其包括脲醛树脂及纳米填料；其中，所述壁材完全包裹在芯材外表面形成自修复材料，且自修复材料在混凝土中的使用量以质量计为10％‑20％。本发明提供的应用于混凝土的裂缝自修复材料，不仅自身强度高，不容易在于混凝土混合时发生损伤，而且能在混凝土产生裂缝时，快速辅助混凝土修复裂缝，提升混凝土的使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种应用于混凝土的裂缝自修复材料。
背景技术
混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，其具有成本低、抗压强度高、耐久性好等优点，被广泛应用于各行各业。而一般经混凝土修建的建筑物，持续使用时间都较长，至少需要保障使用几十年不出问题。而混凝土在使用过程中容易因为内部和外部的原因产生裂缝，例如：
1.内化热：混凝土内部温度较高，外周温度较低，导致内外混凝土产生膨胀变形差异，而内部混凝土膨胀受到外部混凝土的变形约束，使得混凝土表面产生裂缝；
2.外力破坏，例如地震；
3.内部钢筋锈蚀，钢筋锈蚀导致体积膨胀，使该处混凝土受到内压力产生裂缝并随之剥落；
当然，这只是部分常见的混凝土裂缝产生原因，但不论何种原因导致的混凝土裂缝，最终都会使得建筑物的强度和稳定性受到极大影响，严重威胁人们的生命财产安全。而在裂缝产生后大部分时候会选择对裂缝进行修补，但是受限于经济或其它条件的影响，并不是所有的建筑物都能在后期妥善对裂缝进行人为修补，这就导致混凝土裂缝难以得到有效处理。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种应用于混凝土的裂缝自修复材料，能实现混凝土裂缝的自修复，大幅度提升了混凝土质量，使混凝土使用更为安全。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种应用于混凝土的裂缝自修复材料，包括如下组分：
芯材：其包括膨润土、氧化钙，所述膨润土与氧化钙的质量比为1-2.5:1；
壁材：其包括脲醛树脂及纳米填料；
其中，所述壁材完全包裹在芯材外表面形成自修复材料，且自修复材料在混凝土中的使用量以质量计为10％-20％。
其中，膨润土可以选用白色膨润土、红色膨润土或其它颜色膨润土，具体可以根据所需要的混凝土修复效果来选择，例如需要与建筑物的外观颜色尽量减小色差，则可以选用与建筑物颜色相接近的膨润土，而如果不需要保持外观时，则可以选择色彩与混凝土差别较大的膨润土，以方便后期进行表观质量周期性检查时着重关注，当然此时也可以选择添加其它的着色剂在自修复材料中，以加深自修复材料修复后的位置与建筑物其它部位的差异。
更进一步地，所述自修复材料为球形，且自修复材料的粒径为0.2-3mm。
更进一步地，所述芯材中还包括碳酸钠，所述膨润土、氧化钙及碳酸钠的质量比为1-2.5:1：1-1.2。
更进一步地，所述纳米填料为均匀分布在脲醛树脂中的纳米二氧化钛，当然也可以是其它与纳米二氧化钛性质类似的纳米材料。
更进一步地，自修复材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将尿素与甲醛水溶液混合，并调整pH值为8-9，反应形成预聚物，并冷却至室温；
(2)在预聚物中加入纳米二氧化钛，并使其在预聚物中分散均匀；
(3)将芯材颗粒、乳化剂加入预聚物混合均匀，并反应形成乳化液；
(4)调整乳化液的pH值为3-4，反应得到初步产物；
(5)将初步产物洗涤晾干后得到自修复材料。
更进一步地，所述步骤(1)中，选用的是37％-40％甲醛水溶液，反应温度为60-70℃，反应时间为1-1.5h。
更进一步地，所述步骤(2)中，纳米二氧化钛的含量以重量计为甲醛水溶液与尿素重量之和的1％-2％。
更进一步地，所述步骤(3)中，所选用的乳化剂为十二烷基硫酸钠，反应温度为60-70℃，反应时间为1-1.5h。
更进一步地，所述步骤(4)中，调整pH至3-4，然后在80-90℃下反应0.5-1h，最后在60-70℃下反应1.5-2h。
更进一步地，所述步骤(5)中，采用乙醇或蒸馏水进行洗涤，洗涤后自然晾干。
本发明的有益效果如下：
1.采用掺有纳米填料的脲醛树脂作为壁材，能使壁材的力学强度和密封性能大幅度提升，从而对芯材进行保护，避免芯材在于混凝土混合过程中被破坏或因为密封不佳而渗水，从而保证了芯材的有效性，使得芯材能在混凝土产生裂缝时对混凝土进行有效修复；
2.纳米填料减少了脲醛树脂中微孔的绝对数目，有效提升了壁材的密封性能；
3.纳米填料与脲醛树脂具有良好的界面作用，在与混凝土混合时，能阻止银纹扩展为裂缝，有效增强了壁材的韧性和力学强度，提升了其对芯材的保护效果；
4.使用氧化钙和膨润土作为芯材，在混凝土产生裂缝时，会撕裂壁材，使得膨润土能快速吸水膨胀，对氧化钙起到定位作用，防止氧化钙直接从裂缝处掉落，从而使得氧化钙能对裂缝进行有效修复；
5.加入碳酸钠后，碳酸钠能增加游离碳酸根数量，辅助氧化钙及混凝土中的钙离子对裂缝进行修补，进一步提升裂缝的修补效果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将2份的质量分数为37％的甲醛溶液与1份尿素混合，用三乙醇胺调节pH值为8-9，并水浴加热在70℃反应1h后，冷却至室温形成预聚物；
将0.3份纳米二氧化钛加入预聚物中，超声波分散90min；
将碳酸钠、膨润土及氧化钙通过造粒机进行造粒，得到芯材颗粒，然后将芯材颗粒、十二烷基硫酸钠加入预聚物混合均匀，并在水浴70℃的条件下反应1h，形成乳化液；其中，膨润土、氧化钙及碳酸钠的质量比为1:1：1；
调整乳化液的pH至3-4，然后90℃下反应0.5h，最后在70℃下反应1.5h，得到初步产物；
将初步产物通过蒸馏水洗涤2-4次后，自然晾干得到自修复材料。
实施例2
将2份的质量分数为37％的甲醛溶液与1份尿素混合，用三乙醇胺调节pH值为8-9，并水浴加热在60℃反应1.5h后，冷却至室温形成预聚物；
将0.6份纳米二氧化钛加入预聚物中，超声波分散90min；
将碳酸钠、膨润土及氧化钙通过造粒机进行造粒，得到芯材颗粒，然后将芯材颗粒、十二烷基硫酸钠加入预聚物混合均匀，并在水浴60℃的条件下反应1.5h，形成乳化液；其中，膨润土、氧化钙及碳酸钠的质量比为2.5：1：1.2
调整乳化液的pH至3-4，然后80℃下反应1h，最后在60℃下反应1h，得到初步产物；
将初步产物通过30％乙醇洗涤2-4次后，自然晾干得到自修复材料。
实施例3
将2份的质量分数为37％的甲醛溶液与1份尿素混合，用三乙醇胺调节pH值为8-9，并水浴加热在70℃反应1h后，冷却至室温形成预聚物；
将0.39份纳米二氧化钛加入预聚物中，超声波分散90min；
将碳酸钠、膨润土及氧化钙通过造粒机进行造粒，得到芯材颗粒，然后将芯材颗粒、十二烷基硫酸钠加入预聚物混合均匀，并在水浴70℃的条件下反应1h，形成乳化液；其中，膨润土、氧化钙及碳酸钠的质量比为2：1：1.1
调整乳化液的pH至3-4，然后90℃下反应0.5h，最后在70℃下反应1.5h，得到初步产物；
将初步产物通过蒸馏水洗涤2-4次后，自然晾干得到自修复材料。
对比例
将2份的质量分数为37％的甲醛溶液与1份尿素混合，用三乙醇胺调节pH值为8-9，并水浴加热在70℃反应1h后，冷却至室温形成预聚物；
将碳酸钠、膨润土及氧化钙通过造粒机进行造粒，得到芯材颗粒，然后将芯材颗粒、十二烷基硫酸钠加入预聚物混合均匀，并在水浴70℃的条件下反应1h，形成乳化液；其中，膨润土、氧化钙及碳酸钠的质量比为1:1：1；
调整乳化液的pH至3-4，然后90℃下反应0.5h，最后在70℃下反应1.5h，得到初步产物；
将初步产物通过蒸馏水洗涤2-4次后，自然晾干得到产物。
试验例
将实施例1-3及对比例制得的产物与相同的一种市售自密实混凝土混合，做成直径为100mm的圆饼试件，且每种产物做3个圆饼试件，其中，实施例1-3及对比例制得的产物的使用量为混凝土质量的15％，另外用该自密实混凝土制备空白圆饼试件作为对比。
将圆饼试件劈裂制造裂缝，利用套箍控制裂缝的宽度为0.25-0.3mm，将圆饼试件放于室外，并采用150倍裂缝观测仪对裂缝修复情况进行检测，具体结果如下表所示：
通过以上实验数据对比可以看出，将自修复材料添加到自密实混凝土中后，明显使自密实混凝土在产生裂缝时，能快速进行自我修复，降低裂缝对混凝土结构造成的影响。
另外，从上述实验数据中可以看出，对比例对应的圆饼试件的裂缝修复情况参差不齐，20天时对比例中的试件3完全修复，而试件1、试件2则还留有较大裂缝，而其与实施例1中除了壁材未添加纳米二氧化钛以外，其它物质均相同，由此可以看出，对比例中制得的自修复材料在于自密实混凝土混合的过程中，因为强度不够或者密封性不好已经有许多芯材失效，导致最终裂缝的修复情况并不理想。而采用本发明的方法制备的实施例1-3中的自修复材料，则能有效修复裂缝，且使用情况极为稳定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种应用于混凝土的裂缝自修复材料，其特征在于，包括如下组分：
芯材：其包括膨润土、氧化钙，所述膨润土与氧化钙的质量比为1-2.5:1；
壁材：其包括脲醛树脂及纳米填料；
其中，所述壁材完全包裹在芯材外表面形成自修复材料，且自修复材料在混凝土中的使用量以质量计为10%-20%；
所述自修复材料为球形，且自修复材料的粒径为0.2-3mm；
所述芯材中还包括碳酸钠，所述膨润土、氧化钙及碳酸钠的质量比为1-2.5:1：1-1.2；
所述纳米填料为均匀分布在脲醛树脂中的纳米二氧化钛；
纳米二氧化钛的含量以重量计为1%-2%。
2.根据权利要求1所述的应用于混凝土的裂缝自修复材料，其特征在于，自修复材料的制备方法包括如下步骤：
（1）将尿素与甲醛水溶液混合，并调整pH值为8-9，反应形成预聚物，并冷却至室温；
（2）在预聚物中加入纳米二氧化钛，并使其在预聚物中分散均匀；
（3）将芯材颗粒、乳化剂加入预聚物混合均匀，并反应形成乳化液；
（4）调整乳化液的pH值为3-4，反应得到初步产物；
（5）将初步产物洗涤晾干后得到自修复材料。
3.根据权利要求2所述的应用于混凝土的裂缝自修复材料，其特征在于，所述步骤（1）中，选用的是37%-40%甲醛水溶液，反应温度为60-70℃，反应时间为1-1.5h。
4.根据权利要求3所述的应用于混凝土的裂缝自修复材料，其特征在于，所述步骤（3）中，所选用的乳化剂为十二烷基硫酸钠，反应温度为60-70℃，反应时间为1-1.5h。
5.根据权利要求2所述的应用于混凝土的裂缝自修复材料，其特征在于，所述步骤（4）中，调整pH至3-4，然后在80-90℃下反应0.5-1h，最后在60-70℃下反应1.5-2h。
6.根据权利要求5所述的应用于混凝土的裂缝自修复材料，其特征在于，所述步骤（5）中，采用乙醇或蒸馏水进行洗涤，洗涤后自然晾干。
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